JPH05243138A - 紫外線発生装置およびそれを用いた処理方法 - Google Patents

紫外線発生装置およびそれを用いた処理方法

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JPH05243138A
JPH05243138A JP4508392A JP4508392A JPH05243138A JP H05243138 A JPH05243138 A JP H05243138A JP 4508392 A JP4508392 A JP 4508392A JP 4508392 A JP4508392 A JP 4508392A JP H05243138 A JPH05243138 A JP H05243138A
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JP
Japan
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flat plate
ultraviolet
microwave
ultraviolet ray
lower flat
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JP4508392A
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Toshimasa Kisa
俊正 木佐
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波を利用する紫外線発生装置および
その応用に関し,例えば半導体ウエハのような比較的大
面積の表面に対して,レジスト層の硬化,表面の清浄
化,エッチングあるいはアッシング等を効率よく実施す
るために必要な高エネルギー密度の紫外線を照射可能と
することを目的とする。 【構成】 マイクロ波の進行方向に垂直な断面が矩形で
あり且つマイクロ波発生源に接続された一端と閉じられ
た他端とを有し且つH01 モードのマイクロ波の電界に垂
直な面の一つに開口が設けられた導波管と,該開口に接
する誘電体から成る上部平板と該上部平板に所定間隙を
以て対向する紫外線透過性物質から成る下部平板とを有
し且つ該上部平板と該下部平板との間の空間に例えば水
銀蒸気のような紫外線を発生する気体状物質が封入され
た紫外線発生部とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,マイクロ波による励起
を利用した紫外線発生装置およびそれを利用して半導体
素子または集積回路の製造工程における基板表面の清浄
化, エッチング, アッシングまたはレジスト層の硬化等
を行う処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子または集積回路の製造におい
て紫外線照射効果が種々の段階で利用されている。例え
ば, 真空ないしは減圧下の雰囲気中でシリコン等の基板
表面に紫外線を照射して, 表面に残留している有機不純
物を除去する表面清浄化処理,基板表面に形成されてい
るレジスト層から成るマスクパターンに紫外線を照射し
てエッチングにおける耐イオン性および耐熱性を高める
ための硬化処理, エッチング後にレジスト層を除去する
ためのアッシングにおけるオゾンの発生, あるいは,乾
式エッチングにおけるエッチングガスのイオンやラジカ
ル等の活性種の発生である。紫外線励起法を用いること
により, 放電等による励起において問題となる, 電界に
より加速されたイオンによる損傷を回避できるため, 高
性能半導体素子ないし高密度集積回路を構成する微細な
素子の形成および性能向上が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような処理に必
要なエネルギー密度のしかも半導体ウエハ全面を均一に
照射可能な紫外線を発生する光源としては, 現在のとこ
ろ水銀ランプが最も広く用いられている。水銀ランプの
励起方法としては, 図4に示すような直管型の放電管,
あるいは,図5に示すようなマイクロ波により水銀蒸気
を励起する方法とがある。前者は, 図4を参照して, 放
電管1, フィラメント2および電源3から構成される。
後者は, 図5を参照して, 水銀蒸気が封入された石英球
5, マイクロ波(μ波)発生源6, 導波管7および紫外
線を集光するための反射板8から構成される。
【0004】しかし, 図4の紫外線光源は, 放射エネル
ギー密度が低く, 多数の放電管1を並列に配置しても充
分なエネルギー密度を得ることが困難であり, 光源の寸
法が大型になってしまう。一方, 図5に示すマイクロ波
を利用する従来の紫外線光源(以下マイクロ波紫外線光
源と称する)は, 供給電力の大部分が熱損失となってし
まうために, 紫外線への変換効率が低い。ちなみに, 供
給電力に対する全放射紫外線エネルギーの割合は10%程
度である。したがって, 充分な放射エネルギー密度を得
ようとすれば, マイクロ波発生源6が大型化してしま
う。マイクロ波による励起方法は, 無極放電の一種であ
るため, 図4の放電管1を用いる光源におけるような電
極の消耗やそれにともなう管壁の汚染による紫外線透過
率の低下がなく, 長寿命である長所を有するが, 上記の
ような問題点を内在しているために実用性に乏しい。
【0005】本発明は, マイクロ波紫外線光源の上記問
題点を解決し, その長所を利用可能とすることを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は, マイクロ波
の進行方向に垂直な矩形の断面を有し且つマイクロ波発
生源に接続された一端と閉じられた他端とを有し且つH
01 モードのマイクロ波の電界に垂直な面の一つに開口
が設けられた導波管と,該開口に接する誘電体から成る
上部平板と所定間隙を以て該上部平板に対向する紫外線
透過性物質から成る下部平板とを有し且つ該上部平板と
該下部平板との間の空間に紫外線を発生する気体状物質
が封入された紫外線発生部とを備えたことを特徴とする
本発明に係る紫外線発生装置, または, 上記において,
少なくとも前記下部平板の外側面に接する空間を所定の
雰囲気に保持するための槽と該槽内を真空乃至減圧状態
に保持するための排気系とをさらに備えたことを特徴と
するか, もしくは,前記槽内に前記処理ガスを導入する
ためのガス導入管をさらに備えたことを特徴とするか,
あるいは,前記空間内に封入されている前記気体状物質
は水銀蒸気であることを特徴とする本発明に係る紫外線
発生装置のいずれかによって達成される。
【0007】
【作用】図1は本発明の原理説明図であって,マイクロ
波透過性の物質から成る上部平板11と紫外線透過性物質
から成る下部平板12との間の微小な間隙13の内部に水銀
蒸気等の紫外線発生ガスが封入された紫外線発生源10
を,矩形断面を有しかつ一端21が閉じられた導波管20の
一側面22に設けられた開口23に上部平板11が接するよう
にして配置する。なお, 符号24は, 紫外線発生源10を通
過して洩れたマイクロ波を阻止するための遮蔽網であ
る。側面22は H01モードのマイクロ波の電界に垂直な面
であり, マイクロ波の遮断波長をλc とすると,管軸
(マイクロ波の進行方向)に垂直方向にW = λc /2なる
幅(W) を有する。
【0008】図1の構造によれば, 導波管20中を進行す
るマイクロ波の大部分を紫外線発生ガスの励起に寄与さ
せることができる。また, 紫外線発生源10の内部全体に
ほぼ均一なプラズマを発生させることができるので, マ
イクロ波の位相補正を行わなくとも, マイクロ波を効率
よくプラズマに吸収させることができる。透明石英から
成る紫外線発生源10の直径を80mm, 上部平板11の厚さを
5mmとして, H01 モードのマイクロ波を供給した場合,
そのエネルギーの約90%が吸収される。また,プラズマ
中の電子軌道が上部平板11側へシフトするために下部平
板12に近い側で紫外線発光が生じることおよびプラズマ
の厚さが小さいことにより, 発生した紫外線の放射効率
が高い。その結果,従来のマイクロ波紫外線光源に比べ
て寸法を増大させることなく,半導体基板表面の清浄
化,レジスト層の硬化およびアッシング,半導体や金属
のエッチング等,半導体素子ないし集積回路の製造にお
けるあらゆる乾式処理に必要な,従来よりも高エネルギ
ー密度の紫外線を得ることが可能となる。
【0009】
【実施例】図2は本発明の第1の実施例説明図であっ
て,矢印Aで示すマイクロ波の進行方向に並行かつ導波
管20の側面22に垂直な断面を示す。導波管20は, 例えば
銅板から成り, 管軸(矢印A)に垂直な矩形断面を有
し, この断面における側面22の幅は 110mmである。導波
管20の側面22には, 直径80mmの開口23が設けられてい
る。図1を参照してすでに説明したように, 上部平板11
が開口23に接するようにして, 紫外線発生源10が配置さ
れている。紫外線発生源10は,固定部材31によって導波
管20に密着するように, その周囲を支持されている。符
号32は, 紫外線発生源10と固定部材31との間を気密封止
するためのOリングである。
【0010】紫外線発生源10は, 例えば透明石英から成
る。透明石英は, 上部平板11および下部平板12にそれぞ
れ要求されるマイクロ波透過性(すなわち高周波損失 t
anδが小さいこと)および紫外線透過性の双方を満足す
る代表的な材料である。上部平板11および下部平板12は
5〜10mmの厚さを有し, それぞれの周囲は, 同じく石英
から成る側壁14に接合されている。上部平板11と下部平
板12との間隙13は, 例えば0.5 〜1.0mm に設定され, こ
の中に水銀蒸気が封入されている。間隙13の上記寸法
は, 水銀蒸気によるマイクロ波の吸収率を高くすること
およびここで発生した紫外線の水銀蒸気による吸収損失
を低くすることの双方を満足する値である。
【0011】符号40は, その内部を排気管41を通じてド
ライポンプ42よる排気によって真空ないし所定圧力に維
持可能な真空槽であって, その上部を前記固定部材31に
よって蓋をされる。このために, 固定部材31と真空槽40
との間を気密封止するOリング43が設けられている。
【0012】本実施例の紫外線発生装置を半導体素子な
いし集積回路の製造におけるレジスト層の硬化に適用す
る場合には, パターニングされたレジスト層が形成され
ている半導体ウエハ50を真空槽40内に設置し, ドライポ
ンプ42により真空槽40内部を真空に排気する。例えば真
空槽40の底に設けられているヒータ44を加熱して, 半導
体ウエハ50を所定温度に保持する。この状態で, 図示し
ないマイクロ波発生源を起動して紫外線発生源10内の水
銀蒸気を励起する。これによって発生した紫外線により
前記レジスト層が硬化する。
【0013】図3は本発明の第2の実施例を説明するた
めの要部断面図であって, 主要部分およびその配置は図
2と同じである。本実施例においては, 真空槽40内部に
所望の処理ガスを導入するためのガス導入管46が設けら
れている。レジスト層から成るマスクが形成されている
半導体ウエハ50を真空槽40内に設置し, ドライポンプ42
により排気しながら, ガス導入管46を通じて所定の処理
ガスを導入して真空槽40内を所定圧力に制御するととも
に, ヒータ44を加熱して半導体ウエハ50を所定温度に保
持する。
【0014】例えば, 半導体ウエハ50表面のレジスト層
マスクを除去するためのアッシングを行う場合には, 10
〜20%のCH4 を含有する酸素を前記処理ガスとして導入
し,圧力を1〜10Torrに制御する。この状態で, 図示し
ないマイクロ波発生源を起動して紫外線発生源10から紫
外線を発生させる。この紫外線により, 真空槽40内の酸
素がオゾンを生成し, このオゾンによりレジスト層が揮
発性物質へと分解され, 排気管41から排出される。
【0015】半導体ウエハ50表面に形成されている, 例
えば電極や配線用のポリシリコン層, アルミニウム層ま
たはシリサイド層, あるいは, SiO2, Si3N4 またはPSG
やBPSG等の燐珪酸ガラスから成る絶縁層の乾式エッチン
グを行う場合には, それぞれの層材料に応じた周知のエ
ッチングガスをガス導入管46を通じて真空槽40内に導入
し, ドライポンプ42により所定圧力に制御する。この状
態で, 紫外線発生源10から発生した紫外線により, こに
より励起された処理ガスの活性種によってエッチングを
行う。半導体ウエハ50表面に存在する有機物等の汚染物
質を除去する場合にも, 上記エッチングガスの代わり
に, 例えば塩素ガスをガス導入管46を通じて真空槽40内
に導入, 紫外線発生源10から発生した紫外線により励起
された塩素により汚染物質を離脱させ, 半導体ウエハ50
表面を清浄化する。
【0016】さらに, 図3の構造の装置を用いて化学気
相成長(CVD) を実施することも可能である。例えば真空
槽40内部に設置された半導体ウエハ50上にポリシリコン
層を気相成長させる場合には, ガス導入管46からSi2H
6(ジシラン) を導入し, ドライポンプ42により所定圧力
に制御し, ヒータ44により半導体ウエハ50を所定温度に
保持した状態で, 紫外線発生源10から発生した紫外線を
照射する。半導体ウエハ50表面において, Si2H6 が分解
してポリシリコンが析出する。
【0017】上記実施例においては, 半導体素子ないし
は集積回路の製造に適用する場合を示したが, 本発明の
紫外線発生装置は, 比較的大面積に対して高エネルギー
密度の紫外線照射を必要とするその他の紫外線を利用す
る工程に広く適用できることは言うまでもない。本発明
の紫外線発生装置におけるマイクロ波は, H01 モードに
限らず, H02 モード, H03 モード等々のマイクロ波によ
っても, 従来より高効率で紫外線を発生させることがで
きる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば,半導体ウエハのような
比較的大面積の表面に対して所望の高エネルギー密度の
紫外線を照射でき,レジスト層の硬化,表面の清浄化,
エッチングあるいはアッシング等の工程のスループット
を向上可能とする効果がある。また,マイクロ波を利用
する方式の従来の紫外線発生装置に比べて,寸法の増大
をともなわず,簡単な構造かつ低コストで所期の目的を
達成することができ,産業上の寄与が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の第1の実施例説明図
【図3】 本発明の第2の実施例説明図
【図4】 放電管を利用した従来の紫外線発生装置
【図5】 マイクロ波を利用した従来の紫外線発生装置
【符号の説明】
1 放電管 22 一側面 2 フィラメント 23, 33 開口 3 電源 24 遮蔽網 5 石英球 31 固定部材 6 マイクロ波発生源 32, 43 Oリング 7, 20 導波管 40 真空槽 8 反射板 41 排気管 10 紫外線発生源 42 ドライポンプ 11 上部平板 44 ヒータ 12 下部平板 46 ガス導入管 13 間隙 50 半導体ウエハ 21 一端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7352−4M H01L 21/30 361 P

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波の進行方向に垂直な矩形の断
    面を有し且つマイクロ波発生源に接続された一端と閉じ
    られた他端とを有し且つH01 モードのマイクロ波の電界
    に垂直な面の一つに開口が設けられた導波管と,該開口
    に接する誘電体から成る上部平板と所定間隙を以て該上
    部平板に対向する紫外線透過性物質から成る下部平板と
    を有し且つ該上部平板と該下部平板との間の空間に紫外
    線を発生する気体状物質が封入された紫外線発生部とを
    備えたことを特徴とする紫外線発生装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも前記下部平板の外側面に接す
    る空間を所定の雰囲気に保持するための槽と,該槽内を
    真空乃至減圧状態に保持するための排気系とをさらに備
    えたことを特徴とする請求項1記載の紫外線発生装置。
  3. 【請求項3】 前記槽内に前記処理ガスを導入するため
    のガス導入管をさらに備えたことを特徴とする請求項2
    記載の紫外線発生装置。
  4. 【請求項4】 前記空間内に封入されている前記気体状
    物質は水銀蒸気であることを特徴とする請求項1記載の
    紫外線発生装置。
  5. 【請求項5】 前記マイクロ波発生源において発生し前
    記導波管を進行するマイクロ波によって前記紫外線発生
    部の前記空間における前記気体状物質を励起して発生し
    た紫外線を基板の一表面に塗布されているレジスト層に
    対して前記下部平板を通して照射することによって該レ
    ジスト層を硬化させることを特徴とする請求項1記載の
    紫外線発生装置を用いた処理方法。
  6. 【請求項6】 前記マイクロ波発生源において発生し前
    記導波管を進行するマイクロ波によって前記紫外線発生
    部の前記空間における前記気体状物質を励起して発生し
    た紫外線を前記排気系によって排気された前記槽内に設
    置された基板の一表面に塗布されたレジスト層に対して
    前記下部平板を通して照射することによって該レジスト
    層を硬化させることを特徴とする請求項2記載の紫外線
    照射装置を用いた処理方法。
  7. 【請求項7】 前記排気系によって排気された前記槽内
    に前記処理ガスを導入する工程と,前記マイクロ波発生
    源において発生し前記導波管を進行するマイクロ波によ
    って前記紫外線発生部の前記空間における前記気体状物
    質を励起して発生した紫外線を被処理基板が設置された
    前記槽内に前記下部平板を通して照射して励起された該
    処理ガスによって該基板の表面を処理する工程とを含む
    ことを特徴とする請求項3記載の紫外線照射装置を用い
    た処理方法。
  8. 【請求項8】 酸素を含有する前記処理ガスに前記紫外
    線発生部からの紫外線を照射してオゾンを発生させ, 前
    記基板表面に塗布されているレジスト層を該オゾンによ
    りアッシングすることを特徴とする請求項7記載の処理
    方法。
  9. 【請求項9】 半導体または金属またはそれらの化合物
    と反応するガスを含有する前記処理ガスに前記紫外線発
    生部からの紫外線を照射して該処理ガスの活性種を発生
    させ, 前記基板表面に表出している該半導体または金属
    またはそれらの化合物を該活性種により除去することを
    特徴とする請求項7記載の処理方法。
  10. 【請求項10】 前記マイクロ波発生源において発生し前
    記導波管を進行するマイクロ波によって前記紫外線発生
    部の前記空間における前記気体状物質を励起して発生し
    た紫外線を前記排気系によって真空乃至減圧状態にされ
    た前記槽の内部に設置されている基板の一表面に対して
    前記下部平板を通して照射することによって該表面を清
    浄化することを特徴とする請求項2記載の紫外線照射装
    置を用いた処理方法。
JP4508392A 1992-03-03 1992-03-03 紫外線発生装置およびそれを用いた処理方法 Withdrawn JPH05243138A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001009924A1 (en) * 1999-07-29 2001-02-08 Quay Technologies Limited Uv light source
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